TERMODINÂMICA APLICADA BC1309

LISTA DE EXERCÍCIOS 1 – Prof. Reynaldo Palacios

PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS PURAS – GÁS IDEAL (Fonte: VanWylen et al. 2003, 6° Ed.; Cengel e

Boles 2001, 3° Ed.)

1. Complete as seguintes tabelas

Para H2O

T, °C P, kPa v, m3/kg Descrição da fase

50 12,35 4,16 Mistura líquido - vapor

120,23 200 0,8857 Vapor saturado

250 400 0,59512 Vapor superaquecido

110 600 0,001052 Líquido comprimido

Para o fluido refrigerante R-134ª

T, °C P, kPa h, kJ/kg x Descrição da fase

-10 201,7 280 0,454 Mistura líquido - vapor

-20 133,7 354,2 0,85 Mistura líquido - vapor

5 100 407,5 - Vapor superaquecido

13,15 300 410 - Vapor superaquecido

70 2116,9 429,11 1 Vapor saturado

2. Um tanque rígido de 1,8m3 contém vapor de água a 220°C. A terceira parte do volume esta na

fase líquida enquanto o resto está na fase vapor. Determine (a) a pressão do vapor, (b) o título e

(c) o volume específico da mistura. Respostas: P=2,3178 MPa ; x=0,0028 ; v=0,0035 m3/kg

3. Um dispositivo cilindro êmbolo contém 0,85 kg de refrigerante R134a a -10°C. O êmbolo, sem

atrito possui uma massa de 12 kg e tem um diâmetro de 25 cm. A pressão atmosférica local é 88

kPa. Calor é transferido para o refrigerante até que sua temperatura atinge 15°C. Determine (a) a

pressão final, (b) a variação do volume do refrigerante e (c) a variação da entalpia do refrigerante.

(d) Mostre o processo em um diagrama P-v. Respostas: Pf = 90,39 kPa ; ΔV = 0,022 m3; ΔH = 16,8

kJ

4. Um vaso de pressão rígido e selado é destinado ao aquecimento de água. O volume do vaso é

1m3 e contém inicialmente 2 kg de água a 100°C. Qual deve ser a regulagem da válvula de

segurança (pressão de abertura) de modo que a temperatura máxima da água no tanque seja

igual a 200°C. Resposta P = 431,3 kPa

5. Um recipiente contém nitrogênio líquido a 100 K e apresenta área de secção transversal igual a

0,5 m2. Devido à transferência de calor ao nitrogênio, parte do líquido evapora e em 1 hora o

nível de líquido no recipiente baixa 30 mm. O vapor que deixa o recipiente passa através de um

aquecedor e sai a 500 kPa e 260 K. Calcule a vazão de volume do gás descarregado do aquecedor.

Resposta 1,52 m3/h < > 0,00042 m3/s

6. Um reservatório rígido contém vapor de água a 300°C e uma pressão desconhecida. Quando o

reservatório é arrefecido até 180°C, o vapor inicia a condensação. Determine a pressão inicial do

reservatório. Resposta P = 1,33 MPa

7. Um tanque com volume interno de 1m3 contém um gás a 20°C e 100 kPa. Qual é a massa contida

no tanque se o gás é: a)ar, b)Ne ou c) propano? Resposta: mar=1,19 kg ; mNe=0,828/ kg ; mpropano=

1,81 kg

Considerando que o gás é ar (opção a) qual será a pressão final se é aquecido até a temperatura

de 45°C? Calcule também a variação de energia interna específica, de entalpia específica e de

volume. Resposta: Δu=17,91 kJ/kg ; Δh=25,09 kJ/kg ; Δv=0

8. Inicialmente um tanque rígido com volume de 1 m3, contém N2 a 0,6 MPa e 400 K. Suponha que

ocorra um vazamento de 0,5 kg de N2 para a atmosfera. Sabendo que a temperatura do N2 no

tanque após o vazamento é 375 K, determine a pressão no tanque no estado final desse processo.

Resposta: 508,7 kPa

9. Um tanque contém ar a 1 MPa e 20°C e é utilizado para encher um balão que inicialmente está

murcho. O diâmetro do balão cheio é igual a 2m. Nesta condição, a pressão e a temperatura do ar

no balão são respectivamente iguais a 200 kPa e 20°C. Determine a massa de ar contido no balão

cheio e o volume mínimo no tanque de modo que o processo de enchimento tenha sucesso.

Admita que a temperatura do ar no tanque é sempre igual a 20°C e que a pressão do ar no balão e

linearmente proporcional ao diâmetro do balão. Resposta: mbalão=79,7 kg ; Vtanque= 8,37 m3

10. Um reservatório de 1m3 contendo ar a 25°C e 500 kPa esta ligado através de uma válvula a outro

contendo 5 kg de ar a 35°C e 200 kPa. Abre-se a válvula e deixa-se o sistema total atingir o

equilíbrio térmico com a vizinhança que está a 20°C. Determine o volume do segundo reservatório

e a pressão final de equilíbrio. Resposta: Vt2=2,21 m3 ; Pf = 283,97 kPa

AR

V=1m3

T=25°C

P=500 kPa

AR

M=5 kg

T=35°C

P=200 kPa